低压成套开关设备和控制设备的电气安全应用指南第1部分：成套开关设备（摘选）（三）

GB/T 24621.1-2009

2009-11-30发布 2010-04-01实施

6 成套设备的性能

6.1 温升

成套设备的温升是最能确定成套设备的可靠性和长期工作能力的验证项目之一。因为过高的温度会导致部件及绝缘的早期老化和最终故障。同时，接触热的盖板或操作器件所带来的安全问题也同样很重要。

成套设备的设计应考虑影响成套设备满足本部分中温升极限的诸多因素，对于成套设备各个部件的限值见表1。

从表1可清楚地看出，温升限值是为外部接口如电缆端子、盖板和操作手柄而设定的。在操作手柄和盖板中，由于所用材料的不同使其最终的效果有一定的差别。例如塑料盖板的温升限值是40K（加上日平均温度35℃），则塑料盖板的最高允许温度为75℃。在此温度以下的情况，被认为是可接受的。

对成套设备内的其他部件，在温度限值内是不会产生有害的影响。这意味着如果不限制温度，势必会对成套设备的操作使用造成安全的隐患。制造商必须保证成套设备的温度不超过部件、材料特别是绝缘材料的承受能力。

事实上，成套设备的电器部件在给定负载下的不同环境温度中工作，每个部件在不同温度下会有不同的容量。由于密集的接线，一个元件可能会把热量传到另一个元件上。同时，相邻的电路也会产生一定的热效应。为此，应采取合适的通风措施。

另外，由于壳体防护等级的提高，过热的可能性也随之增加，为了克服上述问题，部件可能需要降容。

如果需要确认性能，可以采用计算或试验的方法来验证成套设备在规定负载条件下的温升。应按照GB/T 24276 2009或GB 7251.1 2005中8.2.1来验证成套设备的温升是不可避免的。

进行温升试验时，成套设备内的所有的电器元件应像正常工作那样闭合，控制电路应施加额定电压，试验电流加在进线电路上，由出线电路分配电流。每个电路施加的负载电流等于其额定电流乘以实际的分散系数，如果没有提供其他信息，可用GB 7251.1 2005中表1提供的额定分散系数。

温升试验是时间的积累，试验持续的时间应足以使温度上升到稳定为止（时间一般不超过8h）。通常采用热电偶对温升试验的最后几小时的温度予以监视，温度测量的部位是可接近的壳体和覆板、操作手柄、母线连接处、绝缘子、电缆端子、电器和/或内部空气温度等。

为了说明在成套设备内的潜在功耗，表5列出了一些有关功耗的典型试验结果。

表5 典型的功率损耗

由表5可见，一个典型的抽出式电动机控制柜可以散发约400W的热量，由于各种因素的影响，可能会超出以上数据。如果所装的电路会产生大量的热或由于较高的环境温度造成柜架散热能力减小，问题是相当严重的。所以，如果柜架单元的自然通风不充足，则应采取适当的措施，例如：强迫通风。

温度会直接影响成套设备的使用寿命，较低的温升是保证延长成套设备寿命和可靠性的关键。

6.2 短路保护与短路耐受强度

6.2.1 可免除短路耐受强度验证的成套设备的电路

以下情况不要求进行短路耐受强度验证：

a）额定短时耐受电流或额定限制短路电流不超过10kA的成套设备；

b）采用限流器件保护的成套设备，该器件在成套设备的进线电路端最大允许预期短路电流时的截断电流不超过17kA；

c）与变压器连接的成套设备中的辅助电路，该变压器二次侧额定电压不小于110V时，其额定容量不超过10kV·A。或二次侧额定电压小于110V时，其额定容量不超过1.6kV·A，而且其短路阻抗不小于4%。

除上述情况（不包括保护电路）外，所有的其他电路都应通过短路耐受强度的验证。

6.2.2 一般要求

成套设备应具有耐受不超过额定值的短路电流所产生的热应力和电动应力。制造商给出的短路耐受强度除采用试验验证外，还可以通过设计规则、计算来验证。

6.2.3 用设计规则进行验证

用设计规则进行验证是将需要验证的成套设备的情况与一个已经通过验证的成套设备作核查对比，其核查对比内容见表6。

如果确定的验证与核查表的要求不一致，可使用6.2.4和6.2.5的方法之一进行验证。

6.2.4 与基准设计进行比较的评估验证

通过计算和应用设计规则，对成套设备及其电路的额定短路耐受电流进行评估时，应将此成套设备与已经经过验证的成套设备或成套设备组件相比较。评估应依据GB/T 24277 2009。此外进行评估的成套设备的每一电路应满足表6中序列号为6、8、9和10的要求。

记录所使用的数据、曾经做过的计算和对比。

表6 用设计规则进行短路验证的核查表

如果上列的任何一个或多个条款不满足要求，则成套设备及其电路应依据6.2.5进行试验验证。

6.2.5 用试验进行验证

6.2.5.1 试验要求

应按照GB 7251.1 2005中8.2.3的要求对成套设备进行试验验证，以考核成套设备耐受不超过额定值的短路电流所产生的热应力和电动应力。试验应在专门为此试验提供的成套设备上进行，不必在所生产的每台成套设备上重复进行。为了对成套设备进行完整的试验，有必要对电路和母线系统的每种设计选择一个类型进行试验。

典型的试验包括下述内容：

a）出线电路

每个基本类型的出线电路，它包含事先未做过试验的部件（连接件可视为一种部件）应依次通以故障电流（短路耐受电流）。

用于试验的电路应闭合，并且应在出线端子上进行短路连接。试验电源应具有输送规定的短路电流的能力，此电源加在成套设备的进线端上。试验电压应维持不应少于10个周波的时间，直至被短路保护器件（熔丝或断路器）切断以消除故障。

b）进线电路及主母线

通常进线电路和主母线（加上带有母线的柜架单元）要一同试验。试验电源连接至进线端上，在所确定的母线系统的远端进行短路连接。

如果进线电路包含有短路保护器件，如同上述出线电路那样，故障电流（短路耐受电流）可以在一个较短的时间内被分断。另外，对于大容量的成套设备，其故障电流应持续一个确定的时间。如果成套设备内包含有不同的母线设计（平行的和垂直的），应逐一进行试验。

c）成套设备的主母线和出线功能单元电源侧的连接导体带有短路保护器件的，每种类型的电路都要进行附加的试验。

将导体连接到单独出线单元的母线上，用螺栓连接实现短路时，短路点应尽量靠近出线单元母线侧的端子。短路电流值应与主母线相同。

d）如果电路中包含中性母线，要考虑在中性母线及最靠近中性母线的相线上进行一次试验，其预期故障电流应是三相值的60%。

如果中性母线与相母线的形状和截面积相同，而且：

中性母线与相母线的支撑方式相同，沿母线长度的支撑距离不大于相母线的支撑距离；

中性母线与最近的相母线的距离不小于相母线间的距离。

中性母线与接地母线的距离不小于与相母线的距离。则可不必对中性母线进行试验。

e）对保护电路的短路试验要求见本部分6.3.3的规定，6.2.1的规定对本条不适用。6.2.5.2 试验结果

短路试验后，只要电气间隙和爬电距离仍符合5.3的规定，母线和导体的变形是允许的。如对电气间隙和爬电距离有疑问，则应进行测量。

绝缘材料性能应能保证设备的机械和介电性能满足相关规定的要求。母线绝缘件或支撑件或电缆固定件不应分为两段或多段。此外，支撑件不应出现裂纹或破裂，包括表面的裂纹、支撑件的变形等。在对成套设备的绝缘性能有疑问的情况下，应依据GB 7251.1 2005的8.2.2以2倍Ui加最少1000V的电压下进行附加的工频试验。导体的连接部件不应松动，而且，导线不应从端子上脱落。母线或成套设备结构的任何影响其正常使用的变形，可移式部件的插入或移动的任何变形，应视为故障。

由于短路引起的壳体或内部隔板、挡板和屏障的变形是允许的，只要其防护等级没被破坏，电气间隙和爬电距离值没有减少到规定值以下。

另外，短路耐受强度试验后，被试成套设备应能承受6.4的介电试验。试验电压值见相关标准的规定。试验部位如下：

a）在成套设备所有带电部件和成套设备的裸露导电部件之间；

b）在每个极和为此试验被连接到成套设备裸露导电部件的所有其他极之间。

如进行上述a）和b）项试验，则应更换熔断器并闭合开关器件。

应检查成套设备的内装元件是否符合有关的规定。检测器件不应显示出有故障电流。

6.3 保护电路的有效性

6.3.1 一般要求

成套设备内适宜的保护电路是必不可少的。其主要功能是当非载流部件一旦意外地变为带电时，对人身进行保护。

一般情况，成套设备的金属结构构成其基础保护电路。对于多柜架单元，一般不要求必须具备金属结构，可以配置一个贯穿成套设备整个长度的保护导体（接地排）。

6.3.2 成套设备的裸露导电部件与保护电路之间的有效连接由以下两部分完成保护电路（接地排）的功能：

6.3.2.1 成套设备的结构是否能使保护电路的有效性得到满足：

a）大于50mm×50mm可以被触及的所有裸露导电部件应有效地连接到保护电路上；

b）操作手柄等被有效地连接到保护电路上或进行适宜的绝缘；

c）一个部件从成套设备上移出而不切断其他部件的保护电路；

d）门和盖板不应被密封垫完全绝缘；

e）保护电路的尺寸是按照标准确定的，而且能够承受预期保护电流。

6.3.2.2 要求裸露导电部件和进线保护导体端子之间的电阻要足够低，此值不应超过0.1Ω。如有疑问应进行测量验证。

6.3.3 成套设备保护电路的短路强度

成套设备外壳及其保护电路（接地系统）应能够耐受额定短路电流所造成的热和电动应力。

确定成套设备保护系统的电器元件的额定值是很重要的。一般需要考虑以下因素：

接地母线的短路额定值；

出线保护导体端子和接地母线之间的连接。实际上，除对一相和保护接地电路之间的短路试验外，成套设备保护电路的短路试验还包括对中性保护电路短路试验的重复进行。而且，如果没有其他要求，用于预期短路电流值应是成套设备三相短路耐受试验的预期短路电流值的60%。

6.4 介电性能

6.4.1 一般要求

成套设备的每个电路都应能承受：

暂时过电压；瞬态过电压。

成套设备用施加工频耐受电压的方法验证成套设备的暂时过电压的能力及固体绝缘的完整性；用施加冲击耐受电压的方法验证成套设备绝缘配合所选取的电气间隙能否承受规定的瞬态过电压的能力。本部分给出了介电性能试验的选择。

6.4.2 冲击耐受电压

如果制造商已标明了成套设备的冲击耐受能力，则要进行冲击耐受电压试验。GB 7251.1 2005附录G中的表G.1给出了系统中规定电压和部位的适当值。

采用加强绝缘的成套设备应比对应于基本绝缘确定的额定冲击耐受电压高一级的值来确定，如果基本绝缘要求的冲击耐受电压不是优选值，则加强绝缘应按能承受基本绝缘要求的冲击耐受电压的160%来确定。

对具有双重绝缘的成套设备，在基本绝缘和附加绝缘不能分开进行试验时，则该绝缘系统可考虑如同加强绝缘。

6.4.3 工频耐受电压

对成套设备实施工频介电试验，即通常的“工频耐压试验”，它包括在所有的带电部件之间和带电部件与成套设备的裸露导电部件之间施加规定的试验电压。

GB 7251.1 2005的8.2.2.4.1和 8.2.2.4.2中给出了规定的试验电压值。例如，对于主电路，当成套设备的额定绝缘电压在300～690V时，介电试验电压应为交流2500V。辅助电路施加的试验电压最小为1500V。要求试验电压具有正弦波形，且频率在45Hz和62Hz之间。

施加试验电压时，开始施加时的试验电压不应超过上面给出值的50%。然后在几秒钟之内将试验电压平稳地增加至上述规定值并维持5s，出厂试验的试验电压持续时间是1s。应该注意，不管出现任何漏电流，交流电源都应保证能够维持试验电压。

6.4.4 试验结果

如果没出现击穿或闪络现象，则认为通过了试验。

（待续）

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